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第四节
连接计算

一、焊缝连接

1.完全焊透的对接焊缝

对接焊缝主要用于刚架梁、柱的翼缘板和腹板的连接,它通常有五种截面形式:不开坡口的矩形、开剖口的V形、X形、 U形及K形(表 2-23)。这种焊缝的优点是:用料经济、传力均匀,没有显著的应力集中(对于承受动力荷载作用的结构采用对接焊缝最为有利)。它的缺点是:施焊时要使杆件保持一定的间隙,板边切割加工尺寸要求较严,对于较厚的构件还需加工坡口。其强度计算公式见表 2-24 。

对接焊缝的截面形式表 2-23

完全焊透的对接焊缝和T形连接焊缝的强度计算公式表 2-24

续表

注:1.序号 2 中焊缝与作用力间的夹角 θ 符合tan θ ≤1.5 时可不计算。

2.在对接接头和T形接头中,在同时受有较大的正应力和剪应力处(梁腹板横向对接焊缝的端部)才需用式(2-139)计算。

2.角焊缝

(1)角焊缝截面形式,如图 2-10 所示。

图 2-10 角焊缝截面形式

(a)~(c)直角角焊缝截面;(d)~(f)斜角角焊缝截面;

(g)~(h)T形接头的根部间隙和焊缝截面

(2)角焊缝连接的强度计算见表 2-25 。

角焊缝连接的强度计算公式表 2-25

续表

角钢与钢板、圆钢与钢板、圆钢与圆钢之间的角焊缝连接计算表 2-26

续表

角钢肢背和肢尖的角焊缝内力分配系数 k 1 k 2 值表 2-27

3.部分焊透的对接焊缝和T形对接与角焊缝组合焊缝

(1)部分焊透的对接焊缝和T形对接与角焊缝的组合焊缝截面形式如图 2-11 所示。

图 2-11 组合焊缝截面形式

( a)、( b)、( c)、(f)V形坡口;(d)U形坡口;( e)J形坡口

(2)部分焊透的对接焊缝形式见表 2-28 。

部分焊透的对接焊缝形式表 2-28

注:当熔合线处焊缝截面边长等于或接近最短距离 s 时,如图2-11(b)、(c)、(e)、(f)所示,抗剪强度设计值应按角焊缝强度设计值乘以 0.9 。

二、普通螺栓与高强度螺栓连接

1.螺栓分类

普通螺栓可分为A、B、C三级。其中A、B级属精制螺栓,其抗剪、抗拉性能良好,但制造和安装复杂,故很少采用。 C级属粗制螺栓,其抗剪性较差,主要用于沿其杆轴方向受拉的连接。 C级螺栓在下列情况时可用于受剪连接。

(1)承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的次要连接,如受力较小的屋盖支撑。

(2)不承受动力荷载的可拆卸结构的连接。

(3)临时固定构件用的安装连接。

高强度螺栓有高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓承压型连接、受拉型高强度螺栓连接等。

目前采用较多为摩擦型高强螺栓,有较高的传力可靠性和连接整体性,适宜工地连接;承压型高强螺栓只允许用在承受静力或间接动力荷载结构中允许发生一定滑移变形的连接中。

2.螺栓的性质

螺栓的容许距离见表 2-29 ,螺栓的有效直径和在螺纹处的有效面积见表 2-30 。

螺栓的容许距离表 2-29

注:1. d 0 为螺栓孔径, t 为外层较薄板件的厚度。

2.钢板边缘与刚性构件(如角钢、槽钢等)相连的螺栓最大间距,可按中间排的采用。

3.当螺栓直径等于或小于16mm时,螺栓孔径大于螺栓直径1mm。当螺栓直径大于16mm时,螺栓孔径大于螺栓直径 1.5mm。

4.高强度螺栓孔应采用钻成孔。摩擦型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径 d 大1.5~2.0mm。承压型连接的高强度螺栓的孔径比公称直径 d 大 1.0~1.5mm。

螺栓的有效直径和在螺纹处的有效面积表 2-30

注:表中 d e 为普通螺栓或锚栓在螺纹处的有效直径,按下式计算得:

A e 为螺纹处的有效面积:

3.螺栓连接计算

(1)一个普通螺栓和锚栓的承载力设计值计算。

受剪连接,取式(2-167)、式(2-168)两者中的较小者。

抗剪

承压

杆轴方向受拉连接

同时承受剪力和杆轴方向拉力的连接

式中 n v ——受剪面数,单剪 n v = 1 ,双剪 n v = 2 ,四剪 n v = 4 ;

d d e ——普通螺栓或锚栓的栓杆直径和在螺纹处的有效直径,见表 2-30 ;

Σ t ——在同一受力方向的承压构件的较小总厚度;

——普通螺栓的抗剪、承压和抗拉强度设计值;

N v N t ——一个普通螺栓所承受的剪力和拉力;

——一个普通螺栓的抗剪、承压和抗拉承载力设计值;

——锚栓的抗拉强度设计值;

——一个锚栓的抗拉承载力设计值。

(2)一个高强度螺栓摩擦型连接的承载力设计值。

抗剪连接(承受摩擦面间的剪力)

螺栓杆轴方向受拉的连接

同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力

式中 n f ——传力摩擦面数目;

μ ——摩擦面的抗滑移系数,见表2-31;

P ——一个高强度螺栓的设计预拉力,见表 2-32 ;

N v N t ——一个高强度螺栓所承受的剪力和拉力;

——一个高强度螺栓的抗剪和抗拉承载力设计值。

摩擦面的抗滑移系数 μ 表2-31

注:摩擦面处理方式必须在设计文件中注明。

高强度螺栓预拉力值表 2-32

注: f u A e ≈0.6 f u A e f u ≈830 M Pa(8.8级), f u ≈1040 MP a(10.9级), A e 见表2-30。

(3)一个高强度螺栓承压型连接的承载力设计值。

同时承受剪力和杆轴方向拉力的连接:

式中 ——一个高强度螺栓的抗剪、承压和抗拉承载力设计值;

N v N t ——一个高强度螺栓所承受的剪力和拉力;

n v ——受剪面数目。

承压型高强度螺栓的设计预拉力 P 应与摩擦型高强度螺栓相同,连接处构件接触面应清除油污及浮锈。

高强度螺栓承压型连接仅适用于承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的连接。

(4)普通螺栓和高强度螺栓连接的计算见表2-33。

普通螺栓和高强度螺栓连接的计算公式表 2-33

续表

注:1.在构件的节点处或拼接连接的一侧,当普通螺栓或高强度螺栓沿受力方向的连接长度 l 1 大于 15 d 0 d 0 为孔径)时,应将普通螺栓或高强度螺栓的承载力设计值乘以折减系数 α s α s = [1.1 - l 1 /(150 d 0 )];当 l 1 大于60 d 0 时,折减系数为 0.7 。

2.在下列情况的连接中,普通螺栓或高强度螺栓的数目应予增加:

(1 )一个构件借助填板或其他中间板件与另一构件连接的普通螺栓或高强度螺栓(摩擦型高强度螺栓除外)的数目,应按计算增加 10%。

(2)搭接或用拼接板的单面连接,普通螺栓或高强度螺栓(摩擦型高强度螺栓除外)的数目,应按计算增加 10%。

(3)在构件的端部连接中,当利用短角钢连接型钢(角钢或槽钢)的外伸肢以缩短连接长度时,在短角钢两肢中的一肢上,所用普通螺栓或高强度螺栓的数目,应按计算增加 50%。

3.直接承受动力荷载的结构或构件的摩擦型高强度螺栓连接,对可能发生疲劳破坏的连接部位,应按规定进行常幅疲劳计算。

三、拼接连接

1.钢板的拼接

(1)凡能保证连接焊缝强度与钢材强度相等时,可采用对接正焊缝(垂直于作用力方向的焊缝)进行拼接,如图2-12(a)所示。此时可不必进行焊缝强度计算。

图 2-12 双角钢杆件的拼接连接

( a)角钢边宽<125mm的拼接;( b)角钢边宽≥ 125mm的拼接

(2)凡连接焊缝的强度低于钢材强度时,则应采用对接斜焊缝(与作用力方向的夹角为45°~55°的斜焊缝)进行拼接,此时可认为焊缝强度与钢材强度相等而不必进行焊缝强度计算。

(3)组合工字形或H形截面的翼缘板和腹板的拼接,一般宜采用完全焊透的坡口对接焊缝进行拼接。

(4)拼接连接焊缝的位置宜设在受力较小的部位,并应采用引弧板施焊,以消除弧坑的影响。

(5)采用双角钢组合的T形截面杆件,其角钢的接长拼接通常是采用拼接角钢,并应将拼接角钢的背棱切角,使其紧贴于被拼接角钢的内侧[图2-12(a)、(b)]。

(6)拼接角钢通常是采用同号角钢切割制成,竖肢切去的高度一般为 h 1 + t + 5mm,以便布置连接焊缝,切去后的截面削弱由垫板补强。拼接角钢的长度根据连接焊缝的计算长度确定。当拼接角钢边宽≥125mm时,宜将其水平肢和竖直肢的两端均切去一角,以布置斜焊缝,使其传力平顺[图2-12(b)]。

(7)拼接用的垫板长度根据发挥该垫板强度所需的焊缝强度来确定,此时垫板的宽度 b 2 取等于被拼接角钢的边宽加 20~30mm,垫板厚度一般取与构件连接所用的节点板厚度相同。

(8)单角钢杆件的拼接除可采用角钢拼接外,也可采用钢板拼接[图 2-13(a)、(b)]。此时拼接角钢或钢板应按被拼接角钢截面面积的等强度条件来确定。

图 2-13 单角钢杆件的拼接连接

( a)采用拼接角钢的拼接;( b)采用拼接钢板的拼接

2.轧制工字钢、槽钢和H型钢的拼接连接

(1)轧制H型钢的焊接拼接,通常采用完全焊透的坡口对接焊缝的等强度连接,如图 214 所示。

(2)轧制工字钢、槽钢的焊接拼接,一般采用拼接连接板,并按被拼接的工字钢、槽钢截面面积的等强度条件来确定,如图 2-15 所示。

图 2-14 轧制H型钢的拼接连接

图 2-15 轧制工字钢和槽钢的拼接连接

( a)工字钢拼接(一);( b)工字钢的拼接(二);( c)槽钢的拼接

3.圆钢管的拼接连接

圆钢管的拼接连接,通常是采用设置衬环或垫板的等强度对接焊缝连接和设置外套筒的等强度角焊缝连接。在采用对接正焊缝的拼接连接中,无论有无衬管或衬环,均须保证完全焊透。图 2-16 为圆钢管的拼接连接示例。

图 2-16 圆钢管的拼接连接示例(工厂接长拼接)

( a)有衬环的焊透正对接焊缝拼接;( b)有衬环的焊透斜对接焊缝拼接;

( c)有外套环的角焊缝拼接;( d )有隔板的焊透对接焊缝拼接(相同管径);

( e)插入式角焊缝拼接(一);(f)插入式角焊缝拼接(二);

(g)插入式角焊缝拼接(三);(h)有隔板的焊透对接焊缝拼接(不同管径)

4.钢材现场拼接

轧制工字钢、H型钢或组合工字形截面、箱形截面梁或柱的现场安装拼接,可根据具体情况采用焊接连接,或高强度螺栓连接,或高强度螺栓和焊接的混合连接。

梁的拼接连接通常是设在距梁端1.0m左右位置处;柱的拼接连接通常是设在楼板面以上 1.1~1.3m位置处。 Y/xraB+f9zqDxnBMkkZqzFt4qNUa732bS2xKwdQHpZMmEugG5BXTXACUTxcgZXMA

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